專利名稱：水溶性接枝炭黑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水溶性接枝炭黑的制備方法。屬于接枝炭黑的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
炭黑具有優(yōu)異的著色性、耐候性及化學(xué)穩(wěn)定性，是一種理想的黑色顏料。但由于炭黑原生粒徑小，易團(tuán)聚，很難在介質(zhì)中均勻且穩(wěn)定地分散。而炭黑在介質(zhì)中的分散狀況嚴(yán)重影響其后續(xù)產(chǎn)品(如涂料、油墨)的質(zhì)量。同時，隨著世界各國對環(huán)保問題的日益關(guān)注，不含或只含有少量有機(jī)溶劑的水性涂料和油墨越來越受歡迎，市場份額逐漸擴(kuò)大。因此，提高炭黑在水中的分散性成為業(yè)界努力的目標(biāo)。
為了提高炭黑在介質(zhì)中的分散性，人們先后采用了氧化法、表面活性劑處理、高分子分散劑處理、表面接枝改性等方法。而在炭黑表面接枝上與分散介質(zhì)具有親和力的聚合物鏈，是其中最有效的一種方法。在炭黑表面接枝水溶性聚合物，可以賦予炭黑親水性。
目前，在炭黑表面接枝水溶性聚合物的方法有以下三類(1)在炭黑存在下選擇合適的單體進(jìn)行聚合。通過炭黑表面捕捉聚合物鏈而實現(xiàn)接枝。美國專利4530961中介紹了這種方法。
(2)利用炭黑表面的芳香環(huán)、羥基、羧基等引入活性官能團(tuán)，在適當(dāng)條件下引發(fā)單體在炭黑表面進(jìn)行接枝聚合。
(3)利用炭黑表面官能團(tuán)與具有活性官能團(tuán)(如環(huán)氧基、疊氮基)的聚合物的反應(yīng)而實現(xiàn)接枝。在日本專利特公平2-24268、6-27269、美國專利5952429中介紹了這種方法。
由于體系中的單體更趨于均聚，因此第一種方法得到的接枝炭黑的接枝率通常不超過10％，接枝效率低，難以得到滿意的分散效果。第二種方法的接枝率較高，但其工藝路線較長，而且大多使用貴金屬離子Ce4+，實施條件苛刻，成本較高，因此目前多見于研究論文中。第三種方法實用性較高，但只適用于表面含氧官能團(tuán)較多的炭黑(如槽黑)，對于表面含氧官能團(tuán)較少的炭黑(像爐黑)則難以獲得滿意的分散效果，而目前爐黑是炭黑的主導(dǎo)品種。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種水溶性接枝炭黑的制備方法。該方法工藝簡單、無污染、成本低廉，制備的接枝炭黑在水中具有良好的分散性。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。采用爐黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一種市售炭黑，在水中，鏈長適度且鏈較易斷裂的主鏈中含有大量醚鍵或側(cè)鏈中含有醇羥基的水溶性聚合物，在超聲波和氧化劑的共同作用下，斷裂為大分子自由基，進(jìn)而被炭黑表面捕獲，從而實現(xiàn)接枝。其特征在于采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯；水中加入的炭黑與水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之間；超聲波的頻率采用50-500kHz；采用氧化劑為過硫酸鹽，用量為聚合物重量的20％-200％；或雙氧水，H2O2用量為聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量為聚合物重量的5-100％；反應(yīng)溫度在20-80℃之間。
上述采用的聚乙二醇分子量在2000-20000的為佳，采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之間，醇解度在80％以上的為佳，采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之間的為佳。
上述的過硫酸鹽是過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨。
反應(yīng)時間一般應(yīng)在3小時以上，過長的反應(yīng)時間本身沒有什么壞處，但不經(jīng)濟(jì)。
攪拌速率應(yīng)在100轉(zhuǎn)/分以上，過高的攪拌速率對反應(yīng)本身沒有什么壞處，但不經(jīng)濟(jì)。
本發(fā)明對炭黑表面的官能團(tuán)種類及數(shù)量都無要求，可以采用任何一種炭黑；本發(fā)明制備的接枝炭黑無需過濾、干燥、再分散等工藝，可以直接使用，因而工藝簡單、成本低廉、無污染。
具體實施例方式
實驗結(jié)果對比，通過離心沉降實驗檢驗分散效果。取分散液1ml，稀釋100倍，取5ml，置于離心機(jī)中(3500轉(zhuǎn)/分)，每隔5分鐘取出觀察沉降情況。

權(quán)利要求
1一種水溶性接枝炭黑的制備方法，該方法采用爐黑、槽黑、乙炔黑或其它任何一種市售炭黑，在水中，鏈長適度且鏈較易斷裂的主鏈中含有大量醚鍵或側(cè)鏈中含有醇羥基的水溶性聚合物，在超聲波和氧化劑的共同作用下，斷裂為大分子自由基，進(jìn)而被炭黑表面捕獲，從而實現(xiàn)接枝，其特征在于采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯；水中加入的炭黑與水溶性聚合物重量之比在5∶1到1∶5之間；超聲波的頻率采用50-500kHz；采用氧化劑為過硫酸鹽，用量為聚合物重量的20％-200％；或雙氧水，H2O2用量為聚合物重量的30％-500％；或臭氧及其水溶液，臭氧用量為聚合物重量的5-100％；反應(yīng)溫度在20-80℃之間。
2按權(quán)利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制備方法，其特征在于采用的聚乙二醇分子量在2000-20000的為佳；采用的聚乙烯醇聚合度在100-2000之間，醇解度在80％以上的為佳；采用的聚氧化乙烯分子量在105-107之間的為佳。
3按權(quán)利要求1所述的水溶性接枝炭黑的制備方法，其特征在于采用的過硫酸鹽是過硫酸鉀、過硫酸鈉、過硫酸銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水溶性接枝炭黑的制備方法。該方法采用任何一種市售炭黑,在水中,鏈長適度且鏈較易斷裂的水溶性聚合物,在超聲波和氧化劑的共同作用下,斷裂為大分子自由基,進(jìn)而被炭黑表面捕獲實現(xiàn)接枝,主要特征是:采用的聚合物為聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧化乙烯;超聲波的頻率采用50－500kHz;采用氧化劑為過硫酸鹽、雙氧水或臭氧及其水溶液;反應(yīng)溫度在20－80℃之間。本發(fā)明制備的接枝炭黑無需過濾、干燥、再分散等工藝,可以直接使用,因而工藝簡單、成本低廉、無污染。
文檔編號C09C3/10GK1346852SQ0114166
公開日2002年5月1日 申請日期2001年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月8日
發(fā)明者姚素微, 白世河, 張衛(wèi)國, 王宏智 申請人:天津大學(xué)